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【船机帮】浅析沃尔沃船用柴油机海水泵磨损的主要原因及对策


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船机故障心莫慌,遇事不决船机帮

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导读

海水泵是船舶柴油机冷却水系统中非常重要的辅助设备,其主要作用是将船舶舷外的海水(或内河江水)泵入到柴油机海水、淡水热交换器中,通过热交换将柴油机进行冷却,保证柴油机冷却循环淡水处于一定的温度。

船用柴油机海水泵以自吸式泵为主,有叶轮式、容积式两类,这里主要就进口 VOLVO 船用柴油机海水泵常见磨损形式进行分析。

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进口VOLVO船用柴油机海水泵结构及其工作原理

近来来,随着国家对长江航道建设投入的不断加大,长江航道船艇装备也越来越大型化、自动化、现代化,十一五以来,长江航道局先后研发了多种新型航道维护船艇,其中为长江中游一线航道维护管理单位建造了 326kW 型航标艇、18.8m 钢质工作快艇,这些新型航道维护船艇的列装为长江中游航道的维护、管理提供了高效、可靠、舒适的工作条件。

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目前长江航道航标船及巡航快艇主要以进口 VOLVO柴油机D7系列柴油机为推进主机,有D7AT、D7ATA 等型。

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这些主机海水泵体积小,转速高,以橡胶为叶轮,与传统的金属叶轮区别大,下面简要介绍其结构和工作原理。 

1.海水泵的结构

海水泵主要由传动齿轮、泵轴、泵体、叶轮、偏心块及端盖、密封件等组成。

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图1

2.主要技术参数

规格:内径 64mm,泵壳深51.5mm。

转速/流量:

1500r/5.0m³/h,

1800r/6.8m³/h,

1900r/7.3m³/h。

叶轮规格:

外径 65mm,内径 16mm,高度 50mm,内芯为铜质,K 形,8 片叶轮。

材料为氯丁橡胶。

泵壳使用寿命:

800-1200h。 

单价:8000 元左右。

3.工作原理 

叶轮与泵轴采用花键啮合传动在泵壳内高速运转,通过偏心块改变叶轮在泵壳内的容积而产生吸排作用。

泵壳、泵内径向铜片、泵端盖及橡胶叶轮四者之间组成了一个密闭空间,当泵轴带动叶轮顺时针转动时,处于泵进水口的叶片因偏心块厚度逐渐变薄,叶片因自身 弹性而逐渐伸直,叶片间的真空被海水填充,水被叶轮带着旋转,当叶片运转至偏心块最薄处时,因偏心块逐渐变厚,叶片被逐渐挤压,到泵出水口处时,水被排出。

如此往复运转,海水不断被叶轮吸进、排出。

根据这种工作原理,可以确定 VOLVO 船用柴油机海水泵为容积式叶轮泵,兼具叶轮式、容积式两类泵的工作特点。


海水泵磨损的主要表现形式

通过拆检长江中游航标艇D7AT、D7ATA柴油机海水泵,发现海水泵磨损主要表现在以下几个位置: 

1.泵壳内壁磨损

叶轮叶片在泵壳中高速运转,与泵壳形成一个相对运动,由于长江江水中含有泥沙(砂),特别是 6-9 月份的洪水期,泥沙含量较大,造成泵壳被磨损,相对偏心块的位置出现两道宽14.5mm、深0.5-1mm 的凹槽。(见图 2)

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图2 泵壳磨损

2.泵体偏心块磨损

长期受叶轮高速运转及挤压,偏心块磨损剧烈,特别是两端被磨成刀刃状。(见图3)

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图 3 偏心块磨损

3. 叶轮磨损 

据观察,被磨成刀刃状的偏心块很容易造成叶轮被刺伤而断裂,这是造成叶轮损坏的主要因素,另一个因素是叶轮长期被弯曲在泵壳内,加之高速旋转,叶片的柔性降低,造成叶尖磨损,叶片易折。 

4.泵端盖与泵内轴向铜垫片磨损

叶轮通过泵外面的端盖和内铜片实现轴向密封并与泵壳形成了一个密闭空间。

在长期高速运转中,铜片和端盖均因泥沙作用而出现不同程度的磨损,特别是端盖,因偏心块的作用,叶轮在上面磨出了一道0.5-1mm深不规则的形状。(见图 4)

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图 4 端盖及垫片磨损


海水泵磨损原因分析

根据航标艇的工作性质、工作环境及实际工作情况分析,导致 VOLVO 船用柴油机海水泵发生磨损的主要原因为:

1.海水中含有泥沙等杂质

由于长江江水中含有不同的悬浮物,虽然经过了几道海水滤清器的过滤,但仍然有一些较小颗粒和泥沙(河砂)被吸入到泵中。

特别是洪水期,江水中泥沙含量较大,导致泵壳磨损加剧。

而因河段的不同,江水中泥沙和河砂的含量也不一样,相对而言,泥沙的硬度较河砂的硬度小,直径也小,对泵壳磨损的程度也小。 

2.泵壳和端盖板材质硬度不够

铜质泵壳是整体浇筑、加工而成,端盖板则为2mm厚的黄铜板,主要含铜和少量的锡、碳等元素。

经用金属硬度测试仪对原壳体进行测试,硬度为83HB,在叶轮高速旋转和泥沙作用下,泵壳内壁和端盖板很容易磨损。

3.材料使用寿命到期

任何材料都有一定的使用寿命,海水泵的橡胶叶轮、泵壳、铜垫片和端盖板因其材质、 制造工艺、介质等不同而使用寿命也不同。

目前叶轮使用寿命为300-500h,泵壳使用寿命为800-1200h,端盖使用寿命为500-600h。


对策

1.经常清洗海水滤网

江水中含有大量的泥沙、浮渣等异物,虽然柴油机海水管路中有各类滤网,但因滤网的网眼大小不一,很多小的颗粒或泥沙(砂)无法被阻隔、 沉淀而进入海水泵,因此必须定期或及时清洗海水管路中各类滤器,特别是长江洪水期,应增加清洗频次,既可防止浮渣进入海水泵,打伤叶片,堵塞海水与淡水的热交换器,造成海水循环量减小,主机淡水温度过高,又可以防止海水管路阻塞后导致海水泵流量减小,叶轮与泵壳、端盖摩 擦温度升高,叶轮使用寿命缩短。 

2.更换端盖

相对一个8000元左右的水泵,在外加工一个海水泵铜质或不锈钢质海水泵端盖,成本60-80元,加工量大,成本还会降低。

现在我们一般采用3mm厚黄铜或3mm厚 304不锈钢制作端盖,一是材料硬度高;二 是表面光洁;三是两面可以互换使用,增加端盖使用时间。

3.更换偏心块

相对泵壳而言,偏心块的加工工艺简单,可以定期更换偏心块来保持叶轮的压缩量,从而保证泵的吸排量。

4.泵壳内壁镀铬

延长泵壳的寿命是延长海水泵使用周期的关键,因此可以在泵壳内壁摩擦面镀一层铬,以增加泵壳的耐磨性。 

5.更换泵壳 

试验人员采用硬度达221的铜合金重新用模浇筑海水泵壳,提高了壳体耐磨度,泵壳使用时间可延长至1600小时左右,但相对端盖、偏心块及内壁镀铬而言,工艺较为复杂,成本也在1000元左右。

结束语

进口 VOLVO 柴油机D7系列柴油机海水泵因工作介质、材质、铸造工艺等因素影响使用寿命,一方面我们可以通过材料或工艺更新来延长泵的使用寿命,另一方面主要还是加强泵的日常维护保养,及时清洗海水管路,减少机械磨损,延长各部位使用寿命,从而降低维护成本。

本文原创作者系:

长江荆州航道处   

汤崇杰;毛爱平;刘世进  

END


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来源:船机帮

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